DE2617173A1

DE2617173A1 - METHOD AND DEVICE FOR SPECTROSCOPIC GAS ANALYSIS

Info

Publication number: DE2617173A1
Application number: DE19762617173
Authority: DE
Inventors: Joseph John Barrett; Ernest Dorchester Buff
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1976-04-20
Publication date: 1976-11-18
Also published as: US4008961A; FR2308919B3; CA1058415A; JPS51130293A; GB1523223A; FR2308919A1

Description

Priorität vom 21. April 1975 in USA, Serial No. 570.107Priority dated April 21, 1975 in USA, Serial No. 570.107

Die Erfindung bezieht sich aif die Spektroskopie und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige und quantitativen Messung gasförmiger Bestandteile mittels gleichzeitigem Durchlassen ihrer periodischen Spektren.The invention relates to and relates to spectroscopy in particular a method and a device for the display and quantitative measurement of gaseous constituents by means of simultaneous transmission of their periodic spectra.

Bei der für die spektroskopische Gasanalyse verwendeten Vorrichtung wird Licht, welches im Gas durch Streuung erzeugt ist, gesammelt und zu einem Interfer-ometer durchgelassen, welches überstrichen bzw. abgetastet wird, um trennscharf gleichzeitig die Raman-Drehspektren eines vorgewählten Bestandteiles des Gases durchzulassen. Das Ausgangssignal des InterferometersIn the device used for spectroscopic gas analysis light, which is generated in the gas by scattering, is collected and transmitted to an interferometer, which is swept over or scanned to selectively simultaneously the Raman rotational spectra of a preselected component of the To let gas through. The output of the interferometer

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2 6 i 7 I 7 32 6 i 7 I 7 3

wird zu einem erfaßbaren Signal umgewandelt und dargestellt.is converted to a detectable signal and displayed.

Eines der Hauptprobleme bei einer solchen Vorrichtung ist die Schwierigkeit der Analyse sehr geringer Mengen gasförmiger Bestandteile. Der Ausgang des Interferometers stellt ein Signal mit relativ niedriger Intensität dar, welches oft durch Spektralinterferenz zwischen Raman-Drehspektren des zu analysierenden Gases und Spektren gleichzeitig vorhandener Gase geändert oder abgedeckt wird. Das Problem wird besonders schwierig, wenn das zu analysierende Gas an einer von der Vorrichtung entfernten Stelle angeordnet ist. Um diese Schwierigkeiten zu vermindern, ist es notwendig gewesen, die Vorrichtung mit sehr empfindlichen Formen und Kombination von Detektoren, Filtern, Steuersystemen und dergleichen zu versehen, die relativ teuer sind.One of the main problems with such an apparatus is the difficulty of analyzing very small amounts of gaseous form Components. The output of the interferometer represents represents a signal with a relatively low intensity, which is often caused by spectral interference between Raman rotational spectra of the gas to be analyzed and spectra of gases present at the same time is changed or covered. The problem becomes special difficult when the gas to be analyzed is located at a location remote from the device. Around To reduce these difficulties, it has been necessary to make the device with very delicate shapes and Combination of detectors, filters, control systems and the like which are relatively expensive.

Die vorliegende Erfindung schafft eine wirtschaftliche und äußerst empfindliche Vorrichtung zur spektroskopischen Gasanalyse. Diese Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Mehrzahl von räumlich überlagerten Strahlen einer monochromatischen Strahlung. Der Strahlungsquelle ist eine Abstimmeinrichtung zugeordnet zur Einstellung der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen benachbarter Frequenzen, um sie im wesentlichen gleich einer ungeraden ganzzahligen höheren ¥urzel (submultiple) der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für einen vorgewählten Bestandteil gasförmigen Materials zuThe present invention provides an economical and extremely sensitive apparatus for spectroscopic gas analysis. This device has a radiation source for generating a plurality of spatially superimposed beams a monochromatic radiation. A tuning device is assigned to the radiation source for setting the frequency difference between the beams of adjacent frequencies to make them substantially equal to an odd integer higher ¥ root (submultiple) of the frequency difference between neighboring spectral components of the periodic spectrum for a selected component of gaseous material

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machen. Eine Projektoreinrichtung ist vorgesehen, um die Strahlen durch das Gas zu richten und eine Streustrahlung vorzusehen. Die durch jeden der Strahlen erzeugte Streustrahlung hat eine getrennte Gruppe von in d er Frequenz periodischen Spektralkomponenten, und die Spektralkomponenten für den vorher ausgewählten Bestandteil werden überlagert, um in dem Spektrum, welches durch kombiniertes Streuen der Strahlen erzeugt ist, das periodische Spektrum für den vorgewählten Bestandteil zu bilden. Eine Filtereinrichtung ist geeignet ausgerichtet, um die Streustrahlung aufzunehmen, und läßt trennscharf ein erfaßbares Signal durch, welches aus einer einzigen überlagerten Spektralkomponente des Spektrums besteht, wobei das erfaßbare Signal von einer Mehrzahl von Spektrallinien abgeleitet wird und eine Intensität hat, die im wesentlichen gleich ihrer Summe ist.do. A projector device is provided to the Rays through the gas to direct and scatter radiation to be provided. The scattered radiation produced by each of the beams has a separate group of frequencies periodic spectral components, and the spectral components for the previously selected component are superimposed, around in the spectrum which is generated by the combined scattering of the rays, the periodic spectrum for the preselected To form part. A filter device is suitably aligned to absorb the scattered radiation, and lets a detectable signal through selectively, which is composed of a single superimposed spectral component of the Spectrum consists, wherein the detectable signal is derived from a plurality of spectral lines and an intensity which is essentially equal to their sum.

Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur spektroskopischen Analyse von Gas mit folgenden Schritten: Erzeugen einer Mehrzahl von räumlich überlagerten Strahlen einer monochromatischen Strahlung; Einstellen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen benachbarter Frequenzen, um sie im wesentlichen gleich einer ungeraden, ganzzahligen höheren Wurzel der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für einen vorgewählten Bestandteil gasförmigen Materials zu machen; Richten der Strahlen durch das Gas zur Erzeugung einer Streustrahlung, wobei die durch ja den der Strahlen erzeugte StreustrahlungThe invention also provides a method for the spectroscopic analysis of gas with the following steps: Generating a plurality of spatially superimposed beams of monochromatic radiation; Setting the frequency difference between the beams of adjacent frequencies to make them substantially equal to an odd, integer higher Root of the frequency difference between neighboring spectral components make the periodic spectrum for a preselected constituent gaseous material; judge the rays through the gas to generate scattered radiation, where the scattered radiation generated by the yes of the rays

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in der Frequenz periodische Spektralkomponenten hat und die Spektralkomponenten für den vorgewählten Bestandteil überlagert werden, um in dem Spektrum, welches durch kombinierte Streuung durch die Strahlung erzeugt ist, das periodische Spektrum des vorgewählten Bestandteiles zu bilden; Filtern der Streustrahlung zum trennscharfen Durchlassen eines erfaßbaren Signals, welches aus einer einzigen überlagerten Spektralkomponente des Spektrums zusammengesetzt ist.has periodic spectral components in frequency and superimposes the spectral components for the selected component are to be in the spectrum, which is generated by combined scattering by the radiation, the periodic To make spectrum of selected ingredient; Filtering of the scattered radiation for selective transmission of a detectable one Signal which is composed of a single superimposed spectral component of the spectrum.

Der Strahlungsquelle ist vorzugsweise eine Mehrfachfre quenzstrahl - erzeugende Einrichtung zugeordnet, wie zum Beispiel ein Fabry-Perot-Interferometer (FPl) mit einer Spiegeltrennung, die so eingestellt ist, um ein beliebiges gegebenes Paar einer Mehrzahl von Strahlen bei einem Frequenzdifferential durchzulassen, welches mit der Frequenzdiffereriz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für eine vorgewählte Molekularsorte des Gases in Wechselbeziehung steht. Diese Bedingung erhält man, wennThe radiation source is preferably a multiple frequency beam - Associated generating device, such as a Fabry-Perot interferometer (FP1) with a Mirror separation adjusted to include any given pair of a plurality of beams at a frequency differential to let through, which with the frequency difference between adjacent spectral components of the periodic spectrum for a preselected molecular species of the gas in Correlation stands. This condition is obtained when

8 ,uB8, uB

wo d die Spiegeltrennung des FPI ist, η eine ungerade ganze Zahl, /U die Brechzahl des Mediums zwischen den Spiegeln ist und B die molekulare Drehkonstante der Sorte ist. Für eine gegebene Molekularsorte und eine gegebene Erregerfrequenz bestehen die Drehspektren bei einer einzigartigen Frequenzgruppe. Jedes dieser Spektren kann in der Frequenz geschobenwhere d is the mirror separation of the FPI, η is an odd integer, / U is the refractive index of the medium between the mirrors and B is the molecular rotation constant of the species. For a given molecular species and a given excitation frequency the rotational spectra exist at a unique frequency group. Each of these spectra can be shifted in frequency

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werden, um eine Mehrzahl von Spektralkomponenten derselben Periodizität wie jene dieser Spektren zu erzeugen. Das Schieben der Frequenz einer Mehrzahl dieser Spektren um ein Differential, welches im wesentlichen gleich dem Frequenzabstand dazwischen ist, erzeugt ein Spektrum, in welchem nur die Spektren der vorgewählten Proben überlagert werden. Die Identifikation der Sorten mit einer speziellen Gruppe von Drehspektren wird wirksam gemacht, wenn überlagerte Spektren erfaßt werden für Komponenten, welche verschiedenen Drehspektren der Sorten entsprechen. In vorteilhafter Weise wird die Intensität des erfaßbaren Signals nicht durch andere Molekularsorten als diejenigen, welche für die Erfassung bzw. Anzeige gedacht sind, beeinträchtigt. Ferner hat das angezeigte Signal eine Intensität, die im wesentlichen gleich der Summe einer Mehrzahl von Drehspektrallinien ist. Die Spektralinterferenz wird minimal gemacht, die Empfindlichkeit der Vorrichtung wird vergrößert, und sehr empfindliche Formen und Kombinationen von Detektoren, Filtern und Steuersystemen sind nicht notwendig. Demgemäß gestattet das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung die Erfassung bzw. Anzeige von Gasbestandteilen und deren Messung mit hoher Genauigkeit und geringerem Aufwand als die Systeme, bei welchen die Streuung des Gases durch einen einzigen Strahl einer monochromatischen Strahlung erwirkt wird.are to be a plurality of spectral components thereof To produce periodicity like that of these spectra. Shifting the frequency of a plurality of these spectra by one Differential, which is essentially equal to the frequency spacing is in between, creates a spectrum in which only the spectra of the selected samples are superimposed. The identification of the varieties with a special group of rotational spectra is made effective when superimposed spectra are acquired for components which are different Rotational spectra of the varieties correspond. In an advantageous manner the intensity of the detectable signal is not affected by molecular species other than those used for detection or display are intended to be impaired. Furthermore, the displayed signal has an intensity that is substantially the same is the sum of a plurality of rotational spectral lines. The spectral interference is minimized, the sensitivity the device is enlarged, and very sensitive forms and combinations of detectors, filters and control systems are not necessary. Accordingly, the method and apparatus of the invention permits the detection and display of Gas components and their measurement with high accuracy and less effort than the systems in which the scatter of the gas is achieved by a single beam of monochromatic radiation.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkexten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.Further advantages, features and possible applications of the present invention emerge from the following description in connection with the drawings.

609847/0877 " ⁶ "609847/0877 " ⁶ "

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockdiagramra unter Darstellung der Vorrichtung· zur spektroskopischen Gasanalyse,Fig. 1 is a block diagram showing the device. for spectroscopic gas analysis,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Vorrichtung der Fig. 1,FIG. 2 is a schematic diagram of the device of FIG. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von ipsktren, welche in einer Streustrahlung enthalten sind, die durch eine Mehrzahl von Strahlen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugt sind, undFig. 3 is a schematic representation of ipsktren, which in a scattered radiation are contained, which by a plurality of beams of the device according to FIG are generated, and

Fig. h eine teilweise abgeschnittene Seitenansicht unter Dax=- stellung einer Einrichtung zur Modulation oder Abstimmung der Strahlerzeugungseinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2.FIG. H shows a partially cut-away side view under Dax = - position of a device for modulating or tuning the beam generating device according to FIGS. 1 and 2.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.Preferred embodiments of the invention are described below.

Eine Drehspektren tragende Strahlung findet man in jedem der sichtbaren, infraroten und ultravioletten Frequenzbereichen. Folglich arbeitet die Erfindung bei einer Strahlung mit einem relativ breiten Frequenzbereich. Zu Darstellungszwecken wird die Erfindung in Verbindung mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Messen von Raman-Drehspektren eines Gases beschrieben, welche durch eine Strahlung von dem sichtbaren Frequenzbereich gestreut sind. Die Erfindung ist bei dieser Art Anwendung besonders geeignet für die Erfassung und quantitative Messung geringerer Bestandteile eines Gases, z.B. Luft. Es versteht sich, daß die Erfindung auch unter Ver-Radiation carrying rotational spectra can be found in each of the visible, infrared and ultraviolet frequency ranges. Thus, the invention works with a radiation relatively wide frequency range. For purposes of illustration, the invention is used in conjunction with an apparatus and a Method for measuring Raman rotational spectra of a gas described, which are scattered by radiation from the visible frequency range. The invention is with this Type of application particularly suitable for the detection and quantitative measurement of minor components of a gas, e.g. Air. It goes without saying that the invention also includes

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Wendung einer Strahlung aus beliebigen Frequenzbereichen der vorstehend genannten Art praktiziert werden kann und daß sie auch für ähnlüie und sogar unterschiedliche Betutzungen, wie z.B. die Analyse von Schwingungsdrehspektren, die Bestimmung von Molekulargasbestandteil und dergleichen verwendet werden kann.Turning radiation from any frequency ranges of the aforementioned type can be practiced and that they also for similar and even different uses, such as for example, the analysis of vibrational rotational spectra, the determination of molecular gas constituents and the like can be used can.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung für die spektroskopische Gasanalyse gezeigt. Die allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle 12 zur Erzeugung einer Vielzahl von räumlich überlagerten Strahlen, die allgemeind bei 14 gezeigt sind, und zwar einer monochromatischen Strahlung. Der Strahlungsquelle 12 ist eine Abstimmeinrichtung 16 zugeordnet zur Einstellung der Frequenzdifferenz zwischen Strahlen benachbarter Frequenz, um sie im wesentlichen gleich einer ungeraden ganzzahligen höheren Wurzel (submultiple) der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für einen vorgewählten Bestandteil gasförmigen Materials zu machen. Eine Projektionseinrichtung 18 ist vorgesehen zum Richten der Strahlen 14 durch ein Gas in der Kammer 20, um StreustrahlungIn Fig. 1 is a preferred device for the spectroscopic Gas analysis shown. The device generally designated 10 has a radiation source 12 for generation a multitude of spatially superimposed rays that are general are shown at 14, namely a monochromatic one Radiation. The radiation source 12 is assigned a tuning device 16 for setting the frequency difference between beams of adjacent frequency to make them substantially equal to an odd integer higher root (submultiple) the frequency difference between neighboring ones Making spectral components of the periodic spectrum for a preselected constituent of gaseous material. One Projection device 18 is provided for directing the Radiate 14 through a gas in chamber 20 to produce scattered radiation

die 22 zu erzeugen. Die durch jeden der Strahlen 14, in Fig. 3 als 14 gezeigt sind, erzeugte Streustrählung 22 hat eine getrennte Gruppe von in der Frequenz periodischen Spektralkomponenten 2k . Die Spektralkomponenten 2k für den vorgewählten Bestandteil werden überlagert, um in dem Spektrum 26, welches durch kombinierte Streuung der Strahlen 14 erzeugt ist, das periodische Spektrum 30 für den vorgewähltento produce the 22. The stray radiation 22 produced by each of the beams 14, shown as 14 in Figure 3, has a separate set of frequency-periodic spectral components 2k . The spectral components 2k for the preselected component are superimposed to in the spectrum 26, which is generated by the combined scattering of the rays 14, the periodic spectrum 30 for the preselected

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Bestandteil zu formen. Eine Filtereinrichtung 28 ist geeignet ausgebildet, um die Streustrahlung 22 aufzunehmen. Die Filtereinrichtuing 28 trennt eine einzige überlagerte Spektralkomponente des Spektrums trennschatf von dessen übrigen Komponenten und läßt die getrennte Komponente in Form eines erfaßbaren Signals 32 zu einer Detektor- oder Anzeigeeinrichtung 36 durch, welche die Intensität des Signals 32 anzeigt.Mold component. A filter device 28 is suitable designed to absorb the scattered radiation 22. The filter device 28 separates a single superimposed one Spectral component of the spectrum separates from its other components and leaves the separated component in Form of a detectable signal 32 to a detector or Display device 36, which shows the intensity of the Signal 32 indicates.

Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, lain die Strahlungsquelle 12 einen allgemein bei 38 gezeigten Farbstofflaser aufweisen, der geeignet ausgebildet ist, um durch die Energie von einer Blitzlichtlampe 40 oder von einem gepulsten Stickstofflaser, einem frequenzgedoppelten, gepulsten Rubinlaser oder dergleichen, erregt zu werden, und kann eine Strahlerzeugungseinrichtung 48 aufweisen. Der Farbstofflaser 38 weist (1) eine Farbstoff enthaltende Zelle 42 und (2) einen Laserraum auf, der einen für den Ausgang teilweise durchlässigen Spiegel 44 und ein optisches Element 46 für die Erzeugung von Laserstrahlung aufweist. Die Farbstoffe, die für die Benutzung in dem Farbstofflaser 38 geeignet sind, sind beliebige, herkömmlich verwendete Farbstoffe, die bei Erregung Licht mit Frequenzen, im Durchlässigkeitsbereich des zu analysierenden Gases emittieren. Typische Farbstoffmaterialien weisen Ifoodamin 6g, Kiton-Rot, Cresyl-Violett, Nilblau und dergleichen auf.As shown in particular in FIG. 2, there is no radiation source 12 include a dye laser, shown generally at 38, which is adapted to scan through the energy from a flashlight lamp 40 or from a pulsed nitrogen laser, a frequency-doubled, pulsed one Ruby laser or the like, to be excited, and may have a beam generating device 48. The dye laser 38 has (1) a dye-containing cell 42 and (2) a laser room that has one for the Output partially transparent mirror 44 and an optical element 46 for the generation of laser radiation. The dyes suitable for use in dye laser 38 are any conventionally used Dyes that when excited light with frequencies in the transmission range of the gas to be analyzed. Typical dye materials include Ifoodamin 6g, Kiton Red, Cresyl violet, nile blue, and the like.

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Die von dem Farbstoff in der Farbstoff zelle 42 emittierte Strahlung ist kontinuierlich abstimmbar über einen breiten Frequenzbereich. Die Strahlerzeugungseinrichtung 48 trennt die Strahlung in eine Mehrzahl von räumlich überlagerten Strahlen 14 einer monochromatischen Strahlung, welche von der Strahlungsquelle 12 über einen Ausgangsspiegel 44 durchgelassen werden. Die Erzeugung des erfaßbaren Signals 32 ist besonders wirksam, wenn die von dem Farbstofflaser 38 emittierte Strahlung eine Linienbreite und Frequenzstabilität etwa gleich oder kleiner als die Linienbreite der Drehspektren des Gases hat, welches für die Anzeige bestimmt ist.The emitted from the dye in dye cell 42 Radiation is continuously tunable over a wide frequency range. The beam generating device 48 separates the radiation into a plurality of spatially superimposed beams 14 of a monochromatic radiation, which from the radiation source 12 passed through an output mirror 44 will. The generation of the detectable signal 32 is particularly effective when that of the dye laser 38 emitted radiation has a line width and frequency stability approximately equal to or smaller than the line width of the Has rotational spectra of the gas which is intended for the display.

Die Verwendung eines gepulsten Farbstofflasers als Strahlungsquelle 12 zusammen mit einem zeitgetakteten, elektronischen Anzeigesystem gestattet die Bestimmung der Verunreinigungskonzentration und Lage einer Gasprobe in einer Entfernung von der Vorrichtung 10. Versieht man z.B. die Vorrichtung 10 mit (i) einer Einrichtung zur Messung der Zeit, die erforderlich ist, um einen Laserimpuls in die Probe hinein zu senden und ein Rückkehrsignal zu empfangen, welches von dem Streulicht darin verursacht ist, und (2) eine Meßeinrichtung für die Amplitude des Rückkehrsignals, dann läßt sich der Abstand der Probe von der Vorrichtung 10 sowie die Verunreinigngskonzentration derselben leicht erhalten. Ein gepulster Laser, der geeignet ausgebildet ist, um die Verunreinigungskonzentration und die Lage in der oben beschriebenen Weise The use of a pulsed dye laser as a radiation source 12 together with a timed, electronic Display system allows determination of the impurity concentration and location of a gas sample at a distance of device 10. For example, device 10 is provided with (i) means for measuring the time required is to send a laser pulse into the sample and receive a return signal, which from the Scattered light is caused therein, and (2) a measuring device for the amplitude of the return signal, then the distance of the sample from the device 10 as well as the impurity concentration thereof can be easily obtained. A pulsed one Laser appropriately designed to determine the impurity concentration and location in the manner described above

- 10 -- 10 -

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- .1O -- .1O -

zu bestimmen, hat vorzugsweise eine Einrichtung zur Erzeugung einer Strahlung mit einer Linienbreite und einer Frequenzstabilität, die etwa gleich oder kleiner ist als die Linienbreite der Drehspektren des für die Anzeige bestimmten Gases.to determine, preferably has a device for generating a radiation with a line width and a frequency stability, which is approximately equal to or smaller than the line width of the rotational spectra of the gas intended for the display.

Die Strahlerzeugungseinrichtung 48 kann eine Vielzahl von Formen oder Ausbildungen haben. Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung 10 weist die Strahlerzeugungseinrichtung 48 eine Interferenz erzeugende Einrichtung zur Schaffung einer Mehrzahl von Durchlaßfenstern auf, die in der Frequenz in regelmäßigen Abständen liegen. Die Strahlerzeugungseinrichtung 48 ist in dem Hohlraum des Farbstofflasers 38 im Strahlungsweg von dem Farbstoff angeordnet.The beam generator 48 can have a variety of shapes or configurations. In one embodiment of the Device 10, the beam generating device 48 has a Interference generating device for creating a plurality of transmission windows, which are at regular intervals in frequency Distances. The beam generating device 48 is in the cavity of the dye laser 38 in the radiation path from the Dye arranged.

Die Abstimmeinrichtung 16 ist an die Strahlerzeugungseinrichtung angeschlossen und weist eine Einrichtung zur veränderlichen Steuerung der Frequenz jeder Ordnung auf. Die Abstimme inr ich tung ist so eingestellt, daß die Frequenzdifferenz zwischen Strahlen benachbarter Frequenz im wesentlichen gleich ist einer ungeraden ganzzahligen höheren Wurzel (submultiple) der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für einen vorgewählten Bestandteil des Gases. Im allgemeinen ist dieses periodische Spektrum dasjenige, welches durch Streuung eines sehr geringen Bestandteiles des Gases erzeugt wird, wie z.B. das periodische Raman-Drehspektrum von Schwefeldioxid oder Kohlenmonoxid in einer Luftprobe.The tuning device 16 is connected to the beam generating device connected and has a device for changeable Control the frequency of each order on. The tuning device is set so that the frequency difference between rays of adjacent frequency is essentially equal to an odd, whole-number higher root (submultiple) the frequency difference between neighboring spectral components of the periodic spectrum for a selected component of the gas. In general, this is a periodic spectrum that which is produced by the scattering of a very small component of the gas, such as the periodic one Raman rotation spectrum of sulfur dioxide or carbon monoxide in an air sample.

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Eine dem Farbstofflaser 38 zugeordnete Projektionseinrichtung führt die Vielzahl von räumlich überlagerten Strahlen 14 in das Gas in der Probenkammer 50 hinein in einer Rid> tung, die als im wesentlichen horizontal zum Zwecke der Richtungsbezugnahme angenommen wird, die aber selbstverständlich auch in jeder anderen beliebigen Richtung liegen kann. Die Ramanstreustrahlung aus dem Gas in der Probenkammer 50 wird gesammelt, kollimiert und&u der primären interferometrischen Einrichtung 28 durch eine Strahlungsvorb ehandlungseinrichtung 52 durchgelassen, die eine Linse oder ein anderes geeignetes optisches System sein kann. Solang das Gas Moleküle enthält, die von linearer oder symmetrischer Veränderlichkeit sind, zeigt die Streustrahlung von der Kammer 50 in der Frequenzlperiodische Spektralkomponenten.A projection device assigned to the dye laser 38 guides the multiplicity of spatially superimposed beams 14 into the gas in the sample chamber 50 in a ridged> which is assumed to be essentially horizontal for the purpose of referring to direction, but which is self-evident can also be in any other direction. The Raman scattered radiation from the gas in the sample chamber 50 is collected, collimated and & u the primary interferometric Device 28 passed through a radiation pretreatment device 52, which may be a lens or another can be a suitable optical system. As long as the gas contains molecules that vary linearly or symmetrically shows the scattered radiation from the chamber 50 in frequency / periodic spectral components.

Die Filtereinrichtung 28 kann einen engen Bandpaßinterferenzfilter 53 aufweisen, der in Reihe mit dem Farbstofflaser 38 im Veg der Streustrahlung 22 von der Probenkammer 50 angeordnet ist, und eine Strahlungsvorbehandlungseinrichtung 52 aufweisen. Außerdem kann die Filtereinrichtung 28 eine Linse hj und eine Blende 45 aufweisen, die zusammenwirken, um eine Trennung des erfaßbaren Signals 32 von der Streustrahlung zu bewirken. Letztere weist Strahlen 14 zusammen mit einer Mehrzahl von überlagerten Spektren auf, welche die periodischen Spektren des vorgewählten Bestandteils bilden.The filter device 28 can have a narrow band-pass interference filter 53, which is arranged in series with the dye laser 38 in the Veg of the scattered radiation 22 from the sample chamber 50, and a radiation pretreatment device 52. In addition, the filter device 28 can have a lens hj and a diaphragm 45 which cooperate in order to effect a separation of the detectable signal 32 from the scattered radiation. The latter has rays 14 together with a plurality of superimposed spectra which form the periodic spectra of the preselected component.

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Der Interferenzfilter 53 ist so aufgebaut, daß er die Strahlung in einem engen Frequenzbereich durchläßt, der auf die Frequenz einer der überlagerten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für den vorgewählten Bestandteil zentriert ist. Somit ist der Interferenzfilter 53 mit einer Interferenz erzeugenden Einrichtung versehen, um ein einziges Durchlaßfenster vorzusehen, dessen Frequenz auf die einer dieser überlagerten Spektral komponenten zentriert ist.The interference filter 53 is constructed so that it passes the radiation in a narrow frequency range, the to the frequency of one of the superimposed spectral components of the periodic spectrum for the preselected Component is centered. Thus, the interference filter 53 is with an interference generating device provided to provide a single transmission window, the frequency of which is superimposed on one of these spectral components is centered.

Die Zentrierung oder mittige Einstellung des Durchlaßfensters erreicht man durch die Schaffung einer Abstimmeinrichtung 16 mit einer Frequenzschiebeeinrichtung 17, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Frequenzschiebeeinrichtung 17 verschiebt die Frequenzen der Strahlen 14 relativ zur Frequenz des Durchlaßfensters derart, daß die Frequenz des Durchlaßfensters auf halbem Weg zwischen benachbarten Strahlen angeordnet ist. Andererseits kann die Frequenzschiebeeinrichtung 17 dem Interferenzfilter 53 der Filtereinrichtung 28 zugeordnet sein, obwohl diese Ausführungsform der Vorrichtung 10 teurer aufzubauen ist und deshalb weniger bevorzugt ist als die, bei welcher die Frequenzschiebe einrichtung 17 der Abstimmeinrichtung 16 zugeordnet ist.The centering or central adjustment of the passage window is achieved by creating a tuning device 16 with a frequency shifter 17, as shown in FIG. The frequency shifter 17 shifts the frequencies of the beams 14 relative to Frequency of the transmission window such that the frequency of the transmission window is located midway between adjacent beams. On the other hand, the frequency shifter 17 be assigned to the interference filter 53 of the filter device 28, although this embodiment of the device 10 is more expensive to build and therefore is less preferred than that at which the frequency shift device 17 of the tuning device 16 is assigned.

Um zu beschreiben, wie die Vorrichtung der Fig. 2 benutzt werden kann, um die Intensität des Signals 32 zu bestim-To describe how the apparatus of FIG. 2 can be used to determine the intensity of signal 32

- 13 609847/0877 - 13 609847/0877

men, ist es nützlich, die der monochromatischen Anzeige mehrerer Drehspektren, welche durch Mehrfachfrequenz-Erregung erzeugt sind, zugrunde liegenden Prinzipien zu erläutern.men, it is useful to enable the monochromatic display of multiple rotational spectra obtained by multiple frequency excitation are generated to explain the underlying principles.

Illustrativ für die Art und Weise, wie die Mehrfachfrequenz-Erregung benutzt werden kann, um das periodische Spektrum zu erzeugen, ist der Fall der Dreh-Raman-Streuung linearer Moleküle, die bei einer einzigen optischen Frequenz ^. erregt werden. Für die Stokeszweiglinien ist die Ramanfrequenz der Drehlinie mit der Quantenzahl JIllustrative of the way in which the multiple frequency excitation can be used to generate the periodic spectrum, the case of rotary Raman scattering is more linear Molecules at a single optical frequency ^. excited will. For the Stokes branch lines, the Raman frequency is the rotation line with the quantum number J.

W₃ =W_O - (kB - 6D) (J + 3/2) + 8D(J + 3/2)³ (1)W ₃ = W _O - (kB - 6D) (J + 3/2) + 8D (J + 3/2) ³ (1)

wo D die zentrifugale Verzeichnungskonstante ist, die daswhere D is the centrifugal constant of distortion that the

schwache Entfernen des Drehspektrums von der genauen 4B-Perio-weak removal of the rotating spectrum from the exact 4B period

dizität berechnet. Die Höchstwertintensität der J-ten Stokeslinie istdicity calculated. The peak intensity of the Jth Stokes line is

= k(b/t)= k (b / t)

3 (J₊I) 0+2)3 (Y ₊ I) 0 + 2)

exp/-Bj(j+i)hc/kT7 (2)exp / -Bj (j + i) hc / kT7 (2)

wo K eine Proportionalitätskonstante ist, T die absolute Temperatur ist und h, c bzw. k die Planck¹sehe Konstante, die Lichtgeschwindigkeit bzw. die Boltzmann-Konstante ist. Für den Anti-Stokes-Zweig sind die entsprechende Raman-Frequenz und Spitzenintensität gegeben durch U_A =ω₀ + (4b - 6D) (J + 3/2) - 8D (J + 3/2)³ (3)where K is a constant of proportionality, T is the absolute temperature and h, c or k is the Planck ¹ see constant, the speed of light or the Boltzmann constant. For the Anti-Stokes branch, the corresponding Raman frequency and peak intensity are given by U _A = ω ₀ + (4b - 6D) (J + 3/2) - 8D (J + 3/2) ³ (3)

- 14 -- 14 -

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H.(J) = K(B/T)H. (J) = K (W / T)

3(J+1) (j+2). /CJ A3 (J + 1) (j + 2). / CJ A

2(2J+3)I ^ω Ο2 (2J + 3) I ^ω Ο

j I exp/TB(j+2) (j+3)hc/kT7 (4)j I exp / TB (j + 2) (j + 3) hc / kT7 (4)

Die intensivste Drehlinie tritt für die Drehquantenzahl J auf, die gegeben ist durch die GleichungThe most intense rotational line occurs for the rotational quantum number J on that is given by the equation

J = ^kT/(2Bhcl7 ^1/iC - 1/2 (5)J = ^ kT / (2Bhcl7 ^{1 / iC} - 1/2 (5)

wo J auf den nächsten ganzzahligen Wert aufgerundet ist.where J is rounded up to the nearest whole number.

Für die Strahlerzeugungseinrichtung kann man Fabry-Perot-Interferometer verwenden. Das Fabry-Perot-Interferometer besteht aus zwei ebenen verspiegelten Platten, die parallel zueinander ausgefluchtet sind. Interferenzstreifen werden durch Mehrfachreflektionen des Lichtes zwischen den verspiegelten Oberflächen erzeugt. Wenn I. die Intensität des einfallenden Lichtes ist, dann ist die Intensität des Lichtes (i,), die von dem Fabry-Perot-Interferometer durchgelassen wird, gegeben durch die Airy-Funktion:A Fabry-Perot interferometer can be used for the beam generating device use. The Fabry-Perot interferometer consists of two flat mirrored plates that are parallel are aligned with each other. Interference fringes become generated by multiple reflections of the light between the mirrored surfaces. If I. the intensity of the incident light, then the intensity of the light (i,) transmitted by the Fabry-Perot interferometer is given by the Airy function:

I_t = I₁ . /T² / (1-R)² . (1 + F sin² 4/2'J/ (6)I _t = I ₁ . / T ² / (1-R) ² . (1 + F sin ² 4 / 2'J / (6)

wo T + R + A = 1 und φ die Phasendifferenz ist zwischen interferierenden Strahlen und gleich istwhere T + R + A = 1 and φ is the phase difference between interfering rays and is equal

<j> = 41TyU^d (7)<j> = 41TyU ^ d (7)

609847/0877 - 15 -609847/0877 - 15 -

für senkrecht auf die Interferometerspiegel einfallenden Strahlen. Die Durchlässigkeit, das Reflexionsvermögen und Absorptionsvermögen der Fabry-Perot-Spiegel werden dargestellt durch die Symbole T, bzw. T und A. Das Symbol /U bezeichnet die Brechzahl des ^x ediums zwischen den Fabry-Perot-Spiegeln und d ist die Spiegeltrennung. Die Wellenzahl Ui (in Einheiten von cm" ) ist gleich dem Reziproken der Wellenzahl des einfallenden Lichtes. Die Durchlässigkeit smaxima von I, treten für φ/2 = 0 auf. Folglich giltfor rays incident perpendicularly on the interferometer mirror. The transmittance, the reflectivity and absorptivity of the Fabry-Perot mirrors are represented by the symbols T, or T and A. The symbol / U, the refractive index refers to the ^x ediums between the Fabry-Perot mirrors and d is the mirror separation. The wave number Ui (in units of cm ") is equal to the reciprocal of the wave number of the incident light. The permeability smaxima of I occur for φ / 2 = 0. Consequently, the following applies

(8)(8th)

wo m = 0,1,2, ... und die Interferenzordnung bezeichnet. Für einen festen Wert der Spiegeltrennung d treten die Maximalwerte der durchgelassenen Lichtintensität für das Frequenzintervall AuJ des hereinfallenden Lichtes auf, welches gleich istwhere m = 0,1,2, ... and denotes the interference order. For a fixed value of the mirror separation d, the Maximum values of the transmitted light intensity for the frequency interval AuJ of the incoming light, which is the same

w= (2/Ud)"¹ (9)w = (2 / Ud) " ¹ (9)

wo Au als der freie Spektralbereich des Interferometers bekannt ist. Deshalb verhält sich das Fabry-Perot-Interferometer wie ein Kammfilter mit Durchlässigkeitsfenstern, die in der Frequenz um einen Betrag gleich AiJ in regelmässigen Abständen liegen.where Au as the free spectral range of the interferometer is known. Therefore the Fabry-Perot interferometer behaves like a comb filter with transmission windows, those in frequency by an amount equal to AiJ in regular Distances.

6098A7/08776098A7 / 0877

¥enn ein Fabry-Perot-Interferometer als Strahlerzeugungseinrichtung 48 (in Fig. 2 gezeigt) verwendet wird, besteht der Ausgang des Farbstofflasers aus einer räumlichen Überlagerung von Lichtstrahlen, die in der Frequenz regelmässig im Abstand liegen, wobei die Frequenztrennung zwischen benachbarten Strahlen gleich ist dem freien Spektralbereich A tu der sekundären interferometrischen Einrichtung 48. Wenn der freie Spektralbereich Δ (J der sekundären interf erometrischen Einrichtung so ausgewählt wird, daß er gleich 4B/n_? ist, wo B die Drehkonstante des für die Analyse bestimmten Gases ist, n„ eine ungerade ganze Zahl ist^ dann haben die Ausgangsstrahlen des Farbstofflasers eine Frequenzverteilung, die gegeben ist durchIf a Fabry-Perot interferometer is used as the beam generating device 48 (shown in FIG. 2), the output of the dye laser consists of a spatial superposition of light beams which are regularly spaced in frequency, the frequency separation between adjacent beams being the same the free spectral range A tu of the secondary interferometric device 48. If the free spectral range Δ (J of the secondary interferometric device is selected to be equal to 4B / n _?, where B is the constant of rotation of the gas intended for analysis, n " is an odd integer ^ then the output rays of the dye laser have a frequency distribution given by

&j = w₀ + I ( 4b/n₂ ) (1 o)& j = w ₀ + I (4b / n ₂ ) (1 o)

wo 6J ₀ eine Frequenz in der Mitte des Farbstofflaserverstärkungsbereiches ist und Λ die ganzzahligen Werte ... -2, -1, 0, 1, 2, ... annimmt. Der Farbstofflaserverstärkungsbereich ist das Frequenzintervall, über welchem Laseroszillationen auftreten&b'nnen. Der Maximalwert 2, der ganzen Zahl Ji ist begrenzt durch die Frequenzbreite ¥ des Farbstoff laserverstärkungsbereichs. Folglich giltwhere 6J _{0 is} a frequency in the middle of the dye laser gain range and Λ takes the integer values ... -2, -1, 0, 1, 2, .... The dye laser gain range is the frequency interval over which laser oscillations occur. The maximum value 2, the integer Ji, is limited by the frequency width ¥ of the dye laser amplification range. Hence applies

W = 2 I^
oderW = 2 I ^
or

l_m = Wn₂/(8B). (11) l _m = Wn ₂ / (8B). (11)

609847/0877 - 17 -609847/0877 - 17 -

Deshalb besteht die Mehrfach-Frequenzerregung aus zwei 2 Ji + 1 diskreten Frequenzen.Therefore the multiple frequency excitation consists of two 2 Ji + 1 discrete frequencies.

Um die Analyse zu vereinfachen, sei angenommen, daß die Wirkungen der zentrifugalen Verzeichnungskonstanten D in den Gleichungen (i) und (3) vernachlässigt werden können. Diese Annahme ist recht stichhaltig, weil für typische Moleküle das Verhältnis D/B der Drehkonstanten in der Größenordnung von 10 ist. Dann können die Frequenzen der Dreh-Raman-Linien, welche durch die einzige Frequenz _Λ\_Q erzeugt sind, ausgedrückt werden alsTo simplify the analysis, assume that the effects of the centrifugal distortion constant D in equations (i) and (3) can be neglected. This assumption is quite valid because for typical molecules the ratio D / B of the rotation constants is in the order of magnitude of 10. Then the frequencies of the rotary Raman lines _{generated by the single frequency Λ} \ _Q can be expressed as

wobei sich die Minus- und Pluszeichen auf die Stokes bzw. Anti-Stokes-Linien beziehen. Unter Verwendung der Mehrfach-Frequenzerregung der Dreh-Raman-Spektren ergeben sich die Frequenzen der einzelnen Dreh-Raman-Linien durch die Gleichungwhere the minus and plus signs refer to the Stokes and Anti-Stokes lines, respectively. Using multiple frequency excitation of the rotating Raman spectra, the frequencies of the individual rotating Raman lines result from the equation

S,A ⁼ ^ω0 + -t(^B/n₂)^4B(j + 3/2)S, A ⁼ ^ω 0 + -t (^ B / n ₂ ) ^ 4B (j + 3/2)

wobei der ganzzahlige Wert von Z sich verändert von - £ bis £ und die Drehquantenzahl J ganzzahlige Werte annimmt von 0 bis zu einer oberen Grenze, die als der Wert der Drehquantenzahl J definiert werden kann, für welchen die Größen der Stokes- und Anti-Stokes-Intensitäten ^Gleichungen (2) und (k^y vernachlässigbar werden. Die Analyse kann fernerwhere the integer value of Z varies from - £ to £ and the rotational quantum number J assumes integer values from 0 up to an upper limit, which can be defined as the value of the rotational quantum number J, for which the magnitudes of the Stokes and Anti-Stokes -Intensities ^ equations (2) and (k ^ y are negligible. The analysis can further

- 18 -- 18 -

609847/0877609847/0877

dadutch vereinfacht werden, daß n„ in Gleichung (13) gleich 1 ansetzt und jetzt nur die Stokes-Zweiglinien betrachtet. Die Gleichung (13) wird dann zube simplified by the fact that n “in equation (13) is equal to 1 and now only consider the Stokes branch lines. The equation (13) then becomes

iJ_s =ü₀ + 4b£ - 4b(j+3/2)iJ _s = ü ₀ + 4b £ - 4b (j + 3/2)

_s
oder _s
or

w s ^=aJo - ^6B ws ^{= aJ} o - ^6B

Für C= J haben die Raman-Linien die Frequenz (ui_Q - 6b) ; d.h. für Jc = 0 ist die Erregerfrequenz £j, und die J = 0-Stokes-Linie hat die Frequenz (6J„ - OB) ; für £ = 1 ist die Erregerfrequenz ( dj _Q + 4b) und die J = 1 - Stokeslinie hat die Frequenz (jj_Q - 6b) usw. Deshalb ist das sich ergebende Raman-Signal bei der Frequenz (^J_Q - 6b) gleich der Überlagerung von Dreh-Raman-Linien des unterschiedlichen J-Werten, deren jeder durch eine unterschiedliche Erregerfrequenz erzeugt war. Für Ji - J + 1 wiederholt sich dieser Prozeß, und das sich ergebende Raman-Signal erscheint bei der Frequenz (.'J₀ - 10B). Im allgemeinen sind die Gesamtzahlfrequenzen aller der Stokes-Linien, die von der Mehrfach-Frequenzerregung erzeugt sind:For C = J the Raman lines have the frequency (ui _Q - 6b); ie for Jc = 0 the excitation frequency is £ j, and the J = 0 Stokes line has the frequency (6J "- OB); for £ = 1 the excitation frequency is (dj _Q + 4b) and the J = 1 - Stokes line has the frequency (jj _Q - 6b) etc. Therefore the resulting Raman signal is the _{same at the frequency (^ J Q} - 6b) the superposition of rotary Raman lines of different J values, each of which was generated by a different excitation frequency. For Ji - J + 1, this process is repeated, and the resulting Raman signal appears at the frequency (.'J ₀ - 10B). In general, the total number frequencies of all of the Stokes lines generated by the multiple frequency excitation are:

- 6B ₊ 4B |^m \ U-J) (15)- 6B ₊ 4B | ^m \ UJ) (15)

und die entsprechende Zahl der Anti-Stokes-Frequenzen istand is the corresponding number of Anti-Stokes frequencies

Im ^JM In the ^J M

^A ° ^=_^ j=o U ^{+ J}^ ^¹⁶' ^A ° ^ = _ ^ j = o U ^{+ J} ^ ^ ¹⁶ '

609847/0877 - 19 -609847/0877 - 19 -

Die Frequenzen der Raman-Linien relativ zu CJ^. in dem sich ergebenden Spektrum 26 sindThe frequencies of the Raman lines relative to CJ ^. are 26 in the resulting spectrum

iJ_R = CJ₀ - 2B (2j +1) (17)iJ _R = CJ ₀ - 2B (2j +1) (17)

wo j eine ganze Zahl mit Werten von O bis (Li, I + J ) ist. Für einen Wert von n_ ^/Gleichung (1O_)7 ungleich 1 kann die Gleichung (17) geschrieben werden alswhere j is an integer with values from O to (Li, I + J). For a value of n_ ^ / equation (10_) 7 not equal to 1, equation (17) can be written as

Für-t « X, und im Frequenz int ervall U)_n - 2B J^ ist die m M OmFor -t «X, and in the frequency interval U) _n - 2B J ^ the m M Om

Anzahl von Stokes- und Anti-Stokes-Linien, die überlagert werden, um eine Raman-Frequenz in dem Spektrum 26 zu bilden, gleich. 2J„. Die gesamte Bestrahlungsstärke bei einer einzigen Raman-Frequenz (entsprechend einem speziellen J-Wert in Gleichung (17U in dem Spektrum 26 istNumber of Stokes and Anti-Stokes lines superimposed become equal to form a Raman frequency in the spectrum 26. 2J ". The total irradiance in a single one Raman frequency (corresponding to a special J-value in equation (17U in the spectrum 26 is

^JM ^J M

= Σ ;H (J).I„, +H (J).I. „ J=O j *"= Σ; H (J) .I ", + H (J) .I. " J = O j * "

(19)(19)

wo Jt¹ = j + J + 1 für Stokes-Linien und £." = j - J - 1 für Anti-Stokes-Linien, und I/ ist die Bestrahlungsstärke der /,-ten Linie der Mehrfachfrequenzerregung. Die Gesamtbestrahlungsstärke bei im wesentlichen allen Raman-Frequenzen im Spektrum 26 ist dort wo gilt H ' = j + J + 1 für Stokes-Linien undi," = j - J - 1 für Anti-Stokes-Linien, und Xj^ ist die Bestrahlungsstärke derX-ten Linie der Mehrfach-Frequenzerregung. where Jt ¹ = j + J + 1 for Stokes lines and £. "= j - J - 1 for anti-Stokes lines, and I / is the irradiance of the /, - th line of multiple frequency excitation. The total irradiance at substantially all Raman frequencies in spectrum 26 is where H '= j + J + 1 for Stokes lines and i, "= j - J - 1 for anti-Stokes lines, and Xj ^ is the irradiance of the Xth line of Multiple frequency excitation.

6.09847/0677 - 20 -6.09847 / 0677 - 20 -

Die intensivsten Stokes- und Anti-Stokes-Dreh-Ramanlinien treten für die Drehquentenzahl J auf, die durch Gleichung (5) gegeben ist. Um die intensivsten Stokes- und Anti-Stokes-Linien genau in dem sich ergebenden Spektrum 26 überlagert zu haben, werden die Spiegeltrennungen für die primären und sekundären interferometrischen Einrichtungen gegeben durch die GleichungenThe most intense Stokes and Anti-Stokes rotating Raman lines occur for the rotational sequence number J, which is given by equation (5) is given. Around the most intense Stokes and Anti-Stokes lines Having superimposed exactly in the resulting spectrum 26, the mirror separations for the primary and secondary interferometric facilities given by the equations

3/2)³/(2J_m+ 3)}J (20)3/2) ³ / (2Y _{m +} 3)} Y (20)

3/2)³/(2J + 3)173/2) ³ / (2Y + 3) 17

wo d.. und dp sich auf die primäre bzw. sekundäre interferometrische Einrichtung bezieht, n. und n₂ ungerade ganze Zahlen sind und D die zentrifugale Verzeichnungskonstante ist.where d .. and dp refer to the primary and secondary interferometric equipment, respectively, n. and n _{2 are} odd integers, and D is the centrifugal constant of distortion.

Eine Modulations- oder Reguliereinrichtung $k ist der Strahlerzeugungseinrichtung 58 zur Regulierung der Pia sendifferenz zugeordnet, um die Intensität des Streifens zu verändern. Die Reguliereinrichtung 5^- kann andererseits der Filtereinrichtung 28 zugeordnet sein. Um das maximale regulierte Signal von dem für die Anzeige bestimmten Streifen, zu erhalten, wird dez· Regulierbereicii auf näherungsweise 1/2 der Frequenzbreite des Streifens eingestellt.A modulation or regulating device $ k is assigned to the beam generating device 58 for regulating the pias difference in order to change the intensity of the strip. The regulating device 5 ^ - can, on the other hand, be assigned to the filter device 28. In order to get the maximum regulated signal from the strip intended for display, the dec.regulation range is set to approximately 1/2 the frequency width of the strip.

$03841/081?$ 03841/081?

Der Regulier- oder Modulationsbereich kann alternate auch auf vorgewählte Teile des Streifens beschrankt werden, um die Intensität des modulierten Signals zu erhöhen. Allgemein gesagt sollte der Modulierbereich nicht größer sein als der Frequenzabstand zwischen benachbarten Ordnungen.The regulation or modulation range can also alternate can be restricted to selected parts of the strip in order to increase the intensity of the modulated signal. Generally said the modulation range should not be greater than the frequency spacing between adjacent orders.

Das erfaßbare Signal 32 von der Filtereinrichtung 28 wird gesammelt und in der Ebene der Blende 45 durch eine Linse 43 fokussiert. Die Linse 43 wird so eingestellt, daß der Mittelpunkt des Signals 32 auf die Blende 59 angeordnet wird. Die Intensität desjenigen Teils des Signals 32, welcher durch die Blende 59 hindurchgeht, wird von einem Photovervielfacher 61 angezeigt. Eine phasenempfindliche Anzeigeeinrichtung 63, wie z.B. ein lock-in-Verstärker ist geeignet ausgestaltet, um das Signal von dem Photovervielfacher 61 aufzunehmen und die Intensitätsveränderung der für die Analyse bestimmten überlagerten Spektralkomponente zu erfassen bzw. anzuzeigen. Der Ausgang der phasenempfindlichen Anzeigeeinrichtung 63 wird von einer Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 65 dargestellt, die ein Oszilloskop und einen Kartenschreiber aufweisen kann.The detectable signal 32 from the filter device 28 is collected and focused in the plane of the diaphragm 45 by a lens 43. The lens 43 is adjusted so that the center of the signal 32 is placed on the diaphragm 59 . The intensity of that part of the signal 32 which passes through the diaphragm 59 is displayed by a photomultiplier 61. A phase-sensitive display device 63, such as a lock-in amplifier, is suitably designed to receive the signal from the photomultiplier 61 and to detect or display the change in intensity of the superimposed spectral component intended for the analysis. The output of the phase-sensitive display device 63 is represented by a display and recording device 65, which can comprise an oscilloscope and a chart recorder.

In Fig. 4 sind die Strahl-erzeugende Einrichtung 48 und die Modulationseinrichtung 54 in größerer Einzelheit gezeigt. Die Strahlerzeugungseinrichtung gemäß Darstellung ist ein Fabry-Perot-Interferometer (FPl), welches durch Veränderung der Phas/endifferenz fi zwischen interferierenden Strahlen auf herkömmliche Weise bestrichen bzw. abgetastetIn Fig. 4, the beam generating device 48 and the modulating device 54 are shown in greater detail. The beam generating device as shown is a Fabry-Perot interferometer (FP1) which is coated or scanned in a conventional manner by changing the phase / end difference fi between interfering beams

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wird. Die Abtastmethoden, wie z.B. diejenigen, bei welchen der Druck des Gases zwischen den Spiegeln des FPI so verändert wird, daß der optische Weg dazwischen geändert wird, können auch verwendet werden. Demgemäß sollte die in Fig. gezeigte Strahlerzeugungseinrichtung 48 im Sinne der Darstellung und nicht beschränkend ausgelegt werden. Diese Einrichtung hat zylindrische Luftlager 56 und 58, die normalerweise bei 2,11 kg/cm (30 psi) arbeiten und zusammen einen hohlen Metallzylinder 60 von näherungsweise 35 ^cm Länge stützen, der aus nicht rostendem Stahl oder dergleichen hergestellt ist. Der Außendurchmesser des Zylinders 60 ist spitzenlos geschliffen auf etwa 4 cm. Der Innendurchmesser des Zylinders 60 beträgt etwa 3>5 cm. Jedes der Luftlager 56 und 58 ist etwa 8 cm lang und hat einen Außendurchmesser von etwa 5 ^cm und einen Innendurchmesser von etwa 4 cm. Die Trennung zwischen den Mitten der Luftlager beträgt näherungsweise 20 cm. Einer der Spiegel 62 der Strahlerzeugungseinrichtung 48 ist fest auf dem Ende 64 des Zylinders 60 mittels eines geeigneten Klebstoffs oder dergleichen angebracht. Die ebene Oberfläche des Spiegels 62 ist im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Zylinders. Der andere Spiegel 66 ist fest an der Modulationseinrichtung 54 angebracht, wie nachfolgend beschrieben wird. Jedes der Luftlager 56 und 58 ruht in genauen v-Blöcken einer nicht dargestellten Basisplatte, die so behandelt ist, daß sie Außenschwingungen dämpft. Die zu analysierende Strahlung tritt in die Strahlerzeugungseinrichtung am Ende 68 des Zylinders 60 ein. Einen ¥agen. oder Schlitten läßt man sich horizontal mittels einer Präzis/ionsschraubewill. The scanning methods, such as those in which the pressure of the gas between the mirrors of the FPI is changed so that the optical path therebetween is changed, can also be used. Accordingly, the beam generating device 48 shown in FIG. 1 should be interpreted in the sense of the illustration and not in a limiting sense. This device has cylindrical air bearings 56 and 58 which normally operate at 2.11 kg / cm (30 psi) and together support a hollow metal cylinder 60 approximately 35 ^{cm in} length made from stainless steel or the like. The outside diameter of the cylinder 60 is ground to be centerless to about 4 cm. The inside diameter of the cylinder 60 is approximately 3> 5 cm. Each of the air bearings 56 and 58 are approximately 8 cm long and have an outside diameter of about 5 ^cm and an inside diameter of about 4 cm. The separation between the centers of the air bearings is approximately 20 cm. One of the mirrors 62 of the beam generating device 48 is fixedly attached to the end 64 of the cylinder 60 by means of a suitable adhesive or the like. The flat surface of mirror 62 is substantially perpendicular to the axis of rotation of the cylinder. The other mirror 66 is fixedly attached to the modulator 54, as will be described below. Each of the air bearings 56 and 58 rests in precise v-blocks of a base plate, not shown, which is treated to dampen external vibrations. The radiation to be analyzed enters the beam generating device at the end 68 of the cylinder 60. An ¥ agen. or slide can be moved horizontally by means of a precision screw

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bewegen, und der Wagen hat einen fest angebrachten Kupplungsarm 82, der mittels Befestigurgseinrichtungen, z.B. Schrauben 88, mechanisch an dem Schlitten 70 und auch an dem Zylinder 60 angebracht ist, wie nachfolgend beschrieben ist. Hierdurch versieht der Schlitten 70 den Zylinder 60 mit der linearen Bewegung, welche für die Abtastung oder das Bestreichen der Strahlerzeugungseinrichtung k8 notwendig ist. Die Präzisionsschraube 72 wird an einen digitalen Schrittmotor fh über eine Getriebeanordnung J6 angekoppelt. Die Abtastgeschwindigkeit der Strahlerzeugungseinrichtung k8 wird entweder dadurch gesteuert, daß man das Getriebeverhältnis der Anordnung 76 verändert^ z.B. mittels Magnetkupplungen oder dergleichen, oder durch Veränderung des Impulsrateneingangs zu dem digitalen Schrittmotor 7^. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung kann die Abtastgeschwindigkeit über einen Bereich verändert werden, der von 10 bis 1 oder mehr geht.move, and the carriage has a fixed coupling arm 82 which is mechanically attached to the carriage 70 and also to the cylinder 60 by means of fasteners such as screws 88, as will be described below. As a result, the carriage 70 provides the cylinder 60 with the linear movement which is necessary for the scanning or the sweeping of the beam generating device k8 . The precision screw 72 is coupled to a digital stepper motor fh via a gear arrangement J6. The scanning speed of the beam generating device k8 is controlled either by changing the gear ratio of the arrangement 76, for example by means of magnetic clutches or the like, or by changing the pulse rate input to the digital stepping motor 7. In the apparatus described herein, the scanning speed can be varied over a range from 10 to 1 or more.

Um genau die lineare Bewegung auf den Zylinder 60 zu übertragen, wird eine Manschette 78 mit einer durch Klebung daran angebrachten Glasplatte 80 fest am Zylinder 60 angebracht. Der Kopplungsarm 82 trägt eine Kugel 86 aus nicht rostendem Stahl oder dergleichen, welche seinem einen Ende 84 zugeordnet ist. Ein Permanertmagnet 90 ist am Ende 84 des Kupplungsarmes 82 in der Nähe der Kugel 86 angebracht. Infolge der magnetischen Anziehung zwischen der Manschette 78 und dem Magnet 90 wird die Kugel in Berührung mit der Glasplatte 80 gehalten. Ein Berührungspunkt mit niedriger Reibung istIn order to accurately transmit the linear movement to the cylinder 60, a sleeve 78 is bonded to it with a sleeve attached glass plate 80 is firmly attached to the cylinder 60. The coupling arm 82 carries a ball 86 made of stainless Steel or the like, which is assigned to one end 84 is. A permanent magnet 90 is at the end 84 of the coupling arm 82 attached in the vicinity of the ball 86. Due to the magnetic attraction between the sleeve 78 and the magnet 90 keeps the ball in contact with the glass plate 80. A low friction point of contact is

- Zh -- Zh -

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hierdurch vorgesehen. Die Berührungskraft, die an dieser Berührungsstelle durch lineare Bewegung des Schlittens 70 hervorgerufen ist, kann entweder durch Veränderung der Trennuig zwischen dem Magnet 9° und dem Kragen 7° oder durch Vermindern der Stärke des Magneten 90 eingestellt werden.provided by this. The contact force, which is caused at this contact point by the linear movement of the slide 70, can either be adjusted by changing the separation between the magnet 9 ° and the collar 7 ° or by reducing the strength of the magnet 90 .

Eine Schnittansicht einer Form einer Modulationseinriclitung 54 ist in Fig. 4 gezeigt. Andere Ausführungsformen der Modulationseinrichtung 54 können auch verwendet werden. Vorzugsweise hat die Regulier- oder Modulationseinrichtung 54 einen hohlzylindrischen Teil 92 aus piezoelektrischer Keramik. Die innere und äußere ¥and 94 und 96 des zylindrischen Teils 92 sind mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet, wie z.B. Silber oder dergleichen.A sectional view of one form of modulation device 54 is shown in FIG. Other embodiments of the modulation device 54 can also be used. The regulating or modulating device 54 preferably has one hollow cylindrical part 92 made of piezoelectric ceramic. The inner and outer ¥ and 94 and 96 of the cylindrical part 92 are coated with an electrically conductive material, such as silver or the like.

Isolierende Teile 98 und 100, die aus einem isolierenden Material bestehen, wie z.B. Keramik oder dergleichen, sind an dem Ende 102 bzw. 104 an dem zylindrischen Teil 92 durch einen geeigneten Klebstoff, wie z.B. Epoxy-Harz, befestigt. Der Spiegel 66 ist fest an dem Isolierteil 98 durch Klebung derjenigen Art angebracht, die zur Befestigung des Spiegels 62 am Ende 64 des Zylinders 60 verwendet wird. Damit man den Spiegel 66 parallel zum Spiegel 6z hält, ist das isolierende Teil 100 fest an der Fläche I06 des Halteteils 108 angeklebt. Die äußere Fläche 110 des Halteteils 108 weist eine Mehrzahl von Differentialschraubenmikrometern 112 angebracht auf, die in herkömmlicher Veise eingestellt werden können, um eine ge-Insulating members 98 and 100 made of an insulating material such as ceramic or the like are secured at ends 102 and 104, respectively, to cylindrical member 92 by a suitable adhesive such as epoxy resin. The mirror 66 is firmly attached to the insulating part 98 by adhesive bonding of the type used to attach the mirror 62 to the end 64 of the cylinder 60. In order to hold the mirror 66 parallel to the mirror 6z , the insulating part 100 is firmly glued to the surface I06 of the holding part 108. The outer surface 110 of the support member 108 has a plurality of differential screw micrometers 112 mounted thereon which can be adjusted in a conventional manner to provide a suitable

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naue Winkelausrichtung des Spiegels 66 vorzusehen. Die Elektroden 114 und 116 werden an der inneren Wand 9^ bzw. der äußeren ¥and 96 angebracht. Spannung mit einer Wellenform, wie z.B. einer Sinuswelle oder einer quadratischen Welle, die aufgedrückt wird, wird von einem Hochspannungs-Niederstromnetzgerät 101 an die Elektroden 114 und II6 gelegt. Nach Anlegen der Spannung wird dex" zylindrische Teil 92 veranlaßt, in linearer Richtung zu regulieren bzw. abzustimmen, wodurch die Intensität des Signals 32 verändert wird. Wenn die von dem Netzgerät 101 an die Elektroden 114 und 116 angelegte Spannung die Form einer quadratischen Welle hat, können die Spannungsgrenzen der Wellenform so eingestellt werden, daß die Intensität der überlagerten Spektralkomponente, welche vom Signal 32 anzuzeigen ist, zwischen ihren Maximal- und Minimalwerten wechselt. Eine synchrone Anzeigeeinrichtung ist vorgesehen für die Bestimmung der Differenz in der Photonenzählung zwischen den Maximal- und Minimalwerten der Komponente jeder Periode der Rechteckwelle, um eine Signalzählung zu erzeugen und die Signalzählung eine Zeit lang über eine vorgewählte Zahl von Perioden der Rechteckwelle zu sammeln, wobei die vorgewählte Zeit und die vorgewählte Periodenzahl sich umgekehrt mit der Intensität dieser Komponente verändern. Als Ergebnis wird die Genauigkeit der Anzeigeinrichtung und damit die Empfindlichkeit der Vorrichtung 10 um einen Faktor in der Größenordnung von 100 oder mehr gesteigert.provide precise angular alignment of mirror 66 . The electrodes 114 and 116 are attached to the inner wall 9 ^ and the outer ¥ and 96, respectively. Voltage having a waveform such as a sine wave or a square wave that is impressed is applied to the electrodes 114 and II6 from a high-voltage, low-power power supply 101. After the voltage is applied, the cylindrical portion 92 is caused to adjust in a linear direction, thereby changing the intensity of the signal 32. When the voltage applied by the power supply 101 to the electrodes 114 and 116 is in the form of a square wave , the voltage limits of the waveform can be adjusted so that the intensity of the superimposed spectral component to be displayed by signal 32 alternates between its maximum and minimum values Minimum values of the component of each period of the square wave to generate a signal count and accumulate the signal count for a time over a preselected number of periods of the square wave, the preselected time and number of periods varying inversely with the intensity of that component the accuracy of the Display device and thus the sensitivity of the device 10 increased by a factor of the order of 100 or more.

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Die hier beschriebene Vorrichtung 10 kann selbstverständlich auf verschiedene Arten im Rahmen der Erfindung verändert werden. Beispielsweise kann die Strahlerzeugungseinrichtung 48 eine feste Etalon-Einheit sein, die durch ihre Temperatursteuerung abgestimmt wird. Eine Art von fester Etalon-Einheit, die zweckmäßig ist, besteht aus optisch transparentem Material, wie z.B. gesinterte Kieselerde, die gegenüberliegende Oberflächen hat, welche poliert, eben, parallel und mit Silber, einem dielektrischem Material oder dergleichen, für eine hohe Reflektivität bei einem vorgewählten Frequenzbereich beschichtet sind. Die Dicke der in der Strahlerzeugungseinrichtung 48 verwendeten Etalon-Einheit kann so ausgewählt werden, daß der Spektralbereich der Etalon-Einheit näherungsweise einer ungeraden, ganzzahligen höheren Wurzel (submultiple) der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums für einen vorgewählten Bestandteil des Gases entspricht. Die Feinabstimmung der in der Strahlerzeugungseinrichtung 48 verwendeten Feststoff-Etalon-Einheit wird durch Schaffung einer Einrichtung zur Temperatursteuerung und damit der optischen ¥eglänge beeinträchtigt, um die Frequenz der Strahlen relativ zu den Frequenzen des Durchlaßfensters der Filtereinrichtung 28 zu verschieben, so daß die Frequenz des Durchlässigkeitsfensters im wesentlichen auf halbem Weg zwischen benachbarten Strahlen angeordnet ist. Vie oben bemerkt, muß die zu analysierende Strahlung 22 nicht allein eine Raman-gestreute Strahlung sein,The device 10 described here can of course can be changed in various ways within the scope of the invention. For example, the beam generating device 48 can be a fixed etalon unit that is tuned by its temperature control. Some kind of solid etalon unit, which is expedient is made of optically transparent material, such as sintered silica, the opposite Has surfaces that are polished, flat, parallel and coated with silver, a dielectric material or the like, are coated for high reflectivity at a preselected frequency range. The thickness of the in the beam generating device 48 etalon unit used can be selected so that the spectral range of the etalon unit approximately an odd, integer higher root (submultiple) of the frequency difference between neighboring ones Spectral components of the periodic spectrum for a preselected component of the gas corresponds. The fine-tuning of the solid-state etalon unit used in the jet generating device 48 is provided by providing a device for temperature control and thus the optical length impaired to the frequency of the rays relative to the To shift frequencies of the transmission window of the filter device 28, so that the frequency of the transmission window is located substantially midway between adjacent beams. As noted above, the one to be analyzed must be Radiation 22 cannot be Raman-scattered radiation alone,

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sondern kann auch jede beliebige Streustrahlung von sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Frequenzbereichen sein, die in der Frequenz periodische Spektralkompaaenten hat. Die Strahlungsvorbehandlungseinrichtung 52 und die Modulationseinrichtung 5k können getrennt mit der Vorrichtung kombiniert sein, obwohl ihre gemeinsame Verwendung zu eine-r maximalen Empfindlichkeit führt und deshalb bevorzugt ist. Die Abstimmeinrichtung 16 und die Frequenz-Schiebeeinrichtung Jh "können alternativ der Filtereinrichtung 28 zugeordnet sein. Die erhöhte Empfindlichkeit der Vorrichtung macht sie besonders geeignet für die Anzeige von Gasbestandteilen an entfernten* Orten, wenn die Bestandteile in dem niedrigen Millionstel Bruchteil zugegen sind, folglich muß das Gas nicht in der Probenkammer angeordnet sein, sondern kann statt dessen an von der Vorrichtung 10 entfernten Stellen angeordnet sein, wie z.B. in der Größenordnung von bis zu 8 km (5 Meilen) Abstand. Andere ähnliche Modifikationen können vorgenommen werden, welche im Rahmen der Erfindung liegen.but can also be any scattered radiation of visible, infrared or ultraviolet frequency ranges which has periodic spectral components in the frequency. The radiation pretreatment device 52 and the modulation device 5k can be combined separately with the device, although their joint use leads to maximum sensitivity and is therefore preferred. The tuning device 16 and the frequency shifter Jh "can alternatively be associated with the filter device 28. The increased sensitivity of the device makes it particularly suitable for the display of gas components at remote * locations when the components are present in the low millionth fraction, consequently must the gas may not be located in the sample chamber, but instead may be located in locations remote from the device 10, such as on the order of up to 8 km (5 miles) apart Invention lie.

Im Betrieb der bevorzugten Vorrichtung erzeugt die Strahlungsquelle 12 eine Mehrzahl von räumlich überlagerten Strahlen ~\h einer monochromatischen Strahlung. Die Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen 1k benachbarter Frequenz wird durch die Abstimmeinrichtung 16 so eingestellt, daß sie im wesentlichen gleich einer ungeraden, ganzzahligen höheren Wurzel der Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Spektralkomponenten des periodischen Spektrums eines vorgewählten BestandteilsIn operation of the preferred apparatus, the radiation source 12 generates a plurality of spatially superimposed beams ~ \ h a monochromatic radiation. The frequency difference between the beams 1 k of adjacent frequency is adjusted by the tuner 16 so that it is substantially equal to an odd, integral higher root of the frequency difference between adjacent spectral components of the periodic spectrum of a preselected component

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an Gas ist. Die Projektionseinrichtung 18 richtet die Strahlen lh durch das Gas, um eine S treu Strahlung 22 mit inder Frequen^periodischen Spektralkomponenten zu erzeugen, wobei die Spektralkompcrenten für den vorgewählten Bestandteil überlagert werden, um in dem Spektrum, welches durch kombinierte Streuung der Strahlung erzeugt ist, das periodische Spektrum für den vorgewählten Bestandteil zu bilden. Eine Filtereinrichtung 28 nimmt die Streustrahlung 22 auf und trennt von dieser trennscharf ein erfaßbares Signal 22, welches sich aus einer einzigen überlagerten Spektralkomponente des Spektrums zusammensetzt. Die Filtereinrichtung 28 richtet die Streustrahlung 22 durch ein einziges Durchlaßfenster, welches auf der Frequenz einer der überlagerten Spektral komponenten des vorgewählten Bestandteils zentriert ist. Eine Frequenzschiebeeinrichtung "}h, welche der Abstimmeinrichtung 16 zugeordnet ist, verschiebt die Frequenzen der StrahJaa 14 relativ zu der Frequenz des Durchlaßfensters der Filtereinrichtung 28, so daß die Frequenz des Durchlaßfensters im wesentlichen auf halbem Wege zwischen benachbarten Strahlen angeordnet ist. Das sich ergebende Signal 32 von der Filtereinrichtung 28 wird vn der Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 65 dargestellt.is on gas. The projection device 18 directs the rays lh through the gas in order to generate a true radiation 22 with spectral components which are periodic in the frequency, the spectral components for the preselected component being superimposed in order to produce in the spectrum which is generated by the combined scattering of the radiation, to form the periodic spectrum for the selected component. A filter device 28 picks up the scattered radiation 22 and separates therefrom a detectable signal 22, which is composed of a single superimposed spectral component of the spectrum. The filter device 28 directs the scattered radiation 22 through a single transmission window which is centered on the frequency of one of the superimposed spectral components of the preselected component. A frequency shifter "} h associated with tuner 16 shifts the frequencies of beams 14 relative to the frequency of the pass window of filter 28 so that the frequency of the pass window is substantially midway between adjacent beams. The resulting signal 32 from the filter device 28 is represented by the display and recording device 65.

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Claims

' 1.' Method for spectroscopic gas analysis, characterized by the following steps:

a) generating a plurality of spatially superimposed beams of monochromatic radiation;

b) Adjusting the frequency difference between beams neighboring frequencies to make them essentially equal to an odd, integerxi higher root (sub-multiple) the frequency difference between neighboring ones Gas spectral components of the periodic spectrum for a selected constituent;

c) directing the beams through the gas to produce scattered radiation that passes through each of the beams is generated with spectral components periodic in frequency, the spectral components for the preselected constituent are superimposed to be in the spectrum, which by combined scattering of the Rays are generated to form the periodic spectrum of the selected component; and

d) Filtering the scattered radiation to allow it to pass through a detectable signal which has a single superimposed spectral component of the spectrum.

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2. Device for performing the method according to claims 1, characterized by

a) a radiation source for generating a plurality of spatially superimposed rays of monochromatic radiation;

b) a tuning device for setting the frequency difference between the beams of adjacent frequencies so that they are essentially equal to one odd, integer higher root (sub-multiple) of the frequency difference between neighboring spectral components the periodic spectrum of a preselected component of a gas;

c) a projection device for directing the beams by the gas and generating a scattered radiation, which from each of the beams with periodic in frequency Spectral components is generated, the spectral components for the selected component are layered to in the spectrum which is combined by Scattering of the rays generated is the periodic spectrum for the selected component too form; and

d) a filter device for receiving the scattered light and for the selective transmission of a detectable signal which has a single superimposed spectral component of the spectrum, the detectable

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Signal is derived from a plurality of spectral lines and has an intensity that is substantially is equal to their sum.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the filter device has an interference-generating Means for creating a single pass window, which on the frequency of one of the superimposed spectral components of the selected component is centered.

H. Device according to claim 3 »characterized in that the filter device and the tuning device are assigned a frequency shifting device for shifting the frequencies of the beams relative to the frequency of the transmission window in such a way that the frequency of the transmission window is located halfway between adjacent beams.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the radiation source is a dye laser with a dye cell containing a dye, means for exciting the dye to emit radiation with frequencies within the permeability range of the gas and a laser room with pinem optical element and a partially diachläs- -i.Ton output signal for generating and letting through Las e rs radiation.

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6. The device according to claim 2, characterized by a display device for displaying the intensity of the Signal.

7. Apparatus according to claim 5 »characterized in that a time-clocked electronic display system is assigned to the laser, which (i) a measuring device for the time it takes for a pulse from the laser to enter the sample of gas send and receive a return signal sent by the light scattered therein, and (2) a measuring device for the amplitude of the return signal having.

8. Apparatus according to claim 5 »characterized in that the radiation source is a multiple-frequency beam generating device to separate the radiation into a plurality of spatially superimposed monochromatic Has rays.

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